BM 1 A&F ademhalingsstelsel.pptx

# Structuur en functie van het ademhalingsstelsel Het ademhalingsstelsel is een complex systeem dat essentieel is voor de aanvoer van zuurstof en de afvoer van koolstofdioxide, wat cruciaal is voor cellulaire energieproductie. ## 1. Structuur en functie van het ademhalingsstelsel Het ademhalingsstelsel bestaat uit twee hoofdgedeelten: de delen voor luchtverplaatsing en de delen voor gasuitwisseling. Het heeft diverse functies, waaronder het faciliteren van gasuitwisseling, het verplaatsen van lucht, het beschermen van de alveoli, het vormen van geluid en het waarnemen van geuren. ### 1.1 Functies van het ademhalingsstelsel * **Gasuitwisseling:** Het ademhalingsstelsel biedt een groot oppervlak voor de uitwisseling van zuurstof en kooldioxide tussen de lucht en het bloed. * **Luchtverplaatsing:** Het transporteert lucht van en naar het gasuitwisselingsoppervlak. * **Bescherming:** Het beschermt het delicate alveolaire oppervlak tegen uitdroging, temperatuurschommelingen en ziekteverwekkers. * **Geluidsvorming:** Het speelt een rol bij het produceren van geluid via de larynx. * **Reukzin:** Het stelt ons in staat geuren waar te nemen. ### 1.2 Onderdelen van het ademhalingsstelsel Het ademhalingsstelsel kan worden onderverdeeld in de bovenste en onderste luchtwegen. De luchtwegen transporteren lucht en hebben daarnaast functies zoals het filteren, verwarmen en bevochtigen van de ingeademde lucht. Dit gebeurt voornamelijk door het respiratoir slijmvlies, dat bestaat uit cilinderepitheel met trilharen (cilia) en slijmcellen. De slijmklieren produceren slijm dat samen met de trilharen een "mucociliaire lift" vormt, waardoor de lucht gezuiverd, verwarmd en bevochtigd de gasuitwisselingsgebieden bereikt. #### 1.2.1 Delen voor luchtverplaatsing * **Neus:** * Begint met de uitwendige neusopeningen (nares), die leiden naar het vestibulum nasi met vibrissae (neus- of snorharen). * De neusholte is begrensd door botten van de schedel (os nasale, maxilla, os frontale, os ethmoidale, os sphenoidale). * Het neustussenschot (septum nasale) verdeelt de neusholte. * De bodem wordt gevormd door het harde en zachte gehemelte. * De inwendige neusopeningen (choanae) verbinden de neusholte met de nasofarynx. * De conchae (neusschelpen) creëren wervelingen in de lucht, wat bijdraagt aan verwarming, bevochtiging en filtering. * Het respiratoir epitheel produceert slijm en de trilharen helpen bij het transporteren ervan. * Extra slijm wordt geproduceerd door de paranasale sinussen en traanvocht. * **Farynx (keelholte):** * Maakt deel uit van zowel het spijsverterings- als het ademhalingsstelsel. * Wordt onderverdeeld in de nasofarynx, orofarynx en laryngofarynx. * De orofarynx en laryngofarynx zijn bekleed met meerlagig plaveiselepitheel vanwege de mechanische belasting van voedseltransport. * **Larynx (strottenhoofd):** * De ingang naar de larynx is de stemspleet (glottis). * Bestaat uit verschillende kraakbeenstructuren: * Epiglottis (strotklepje): speelt een cruciale rol bij het slikken om te voorkomen dat voedsel in de trachea terechtkomt. * Cartilago thyroïdea (schildkraakbeen). * Cartilago cricoidea (ringkraakbeen). * Cartilago arytenoïdea, corniculata en cuneiformis: deze spelen een rol bij de aanhechting van de stembanden. * De larynx beschermt de stemspleet en de toegang tot de trachea, en dient als aanhechtingspunt voor spieren en banden. * **Geluidsvorming:** Lucht die door de stemspleet stroomt, veroorzaakt trillingen van de stembanden, wat leidt tot geluidsgolven. De toonhoogte wordt bepaald door de lengte, diameter en spanning van de stembanden. * **Trachea (luchtpijp):** * Een holle buis van ongeveer 15 cm lang en 2 cm in diameter. * De voorzijde wordt begrensd door de schildklier en thymus, en de arcus aortae. * De achterzijde grenst aan de slokdarm (oesofagus). * Bestaat uit hoefijzervormige kraakbeenringen die open zijn aan de achterzijde en verbonden zijn door bindweefsel en gladde spieren. Dit zorgt voor stabiliteit en voorkomt collaps tijdens inademing. * De binnenzijde is bekleed met slijmvlies met trilhaarepitheel en slijmbekercellen, wat helpt bij het transporteren van sputum naar de keel. * Lateraal bevinden zich structuren zoals de a. carotis communis, n. vagus en v. jugularis. * **Bronchiën en bronchioli:** * De trachea splitst zich in de linker- en rechterhoofdbronchus (bronchus principalis). * Deze vertakken zich verder in: * Secundaire bronchi (bronchi lobaris): 3 aan de rechterkant en 2 aan de linkerkant, die naar de longkwabben leiden. * Tertiaire bronchi (bronchi segmentalis): 10 rechts en 8 links, die naar de longsegmenten leiden. * Bronchioli: steeds kleinere luchtwegen. * Terminale bronchioli: de kleinste bronchioli die nog geen gasuitwisseling faciliteren. * Respiratoire bronchioli: hier begint de gasuitwisseling. * Ductuli alveolares: buisjes die leiden naar de alveoli. * Alveoli: de longblaasjes waar de daadwerkelijke gasuitwisseling plaatsvindt. * De structuur van de luchtwegen verandert naarmate ze kleiner worden: * **Mucosa:** Trilhaarepitheel met slijmbekercellen. * **Submucosa:** Bevat kraakbeen (tot aan de bronchioli) en bindweefsel met bloedvaten en een gladde spierlaag. * **Gladde spierlaag:** Deze neemt toe in omvang bij de bronchioli en kan contractie (bronchoconstrictie) veroorzaken onder invloed van het autonome zenuwstelsel. #### 1.2.2 Gaswisselingsgedeelte: kleinste bronchiolen en alveoli * **Bronchiolen:** De terminale bronchioli geven lucht aan een lobje, een deel van het longweefsel. Binnen het lobje vertakken ze zich in respiratoire bronchioli en vervolgens ductuli alveolares, die eindigen in groepen alveoli. * **Ductuli alveolares en alveoli:** Er zijn ongeveer 150 miljoen alveoli per long, wat resulteert in een enorm gasuitwisselingsoppervlak van ongeveer 140 vierkante meter. * **Bouw van een alveolus:** Bekleed met eenlagig plaveiselepitheel, bestaande uit type I pneumocyten. * **Pneumocyten type II:** Produceren surfactant, een stof die de oppervlaktespanning in de alveoli verlaagt en zo helpt voorkomen dat ze inklappen. * Alveolaire macrofagen: Cellen die betrokken zijn bij de immuunafweer in de alveoli. * **Respiratoir of alveolair membraan:** Dit dunne membraan faciliteert de snelle diffusie van gassen. Het bestaat uit: * Endotheelcellen van de capillairen (die ook ACE produceren). * Versmolten basaal membraan. * Eenlagig plaveiselepitheel van de alveoli. De korte diffusieafstand en het grote contactoppervlak zijn cruciaal voor een efficiënte gasuitwisseling van zuurstof en kooldioxide. #### 1.2.3 Longen * **Macroscopische bouw:** Elastische, lichte en sponsachtige organen gelegen in de thoraxholte. Ze worden gescheiden door het mediastinum. * De linkerlong heeft 2 lobben (lobuli pulmonales), de rechterlong heeft er 3. Deze lobben zijn gescheiden door fissuren. * De longhilus is de toegangspoort voor de hoofdbronchus, bloedvaten, lymfevaten en zenuwen. * De longapex bevindt zich boven, en de basis rust op het diafragma. * **Bloedvoorziening:** De longen ontvangen bloed van zowel de kleine bloedsomloop (via de aa. pulmonales) als de grote bloedsomloop (via de aa. bronchiales). * **Lymfeafvoer:** Lymfeknopen bevinden zich bij de longhilus en trachea. #### 1.2.4 Pleuraholten * De longen zijn omgeven door de pleura (longvlies). Tussen de pariëtale en viscerale pleura bevindt zich de pleuraholte (cavitas pleuralis), gevuld met sereuze vloeistof. * De aanwezigheid van deze vloeistof zorgt voor glijding en minimaliseert wrijving tijdens de ademhaling. * Een pathologische toestand zoals een pneumothorax is de aanwezigheid van lucht in de pleuraholte. ### 1.3 Gaswisseling en ventilatie Gaswisseling vindt plaats door middel van externe en interne respiratie. * **Externe respiratie:** Omvat de uitwisseling van zuurstof en kooldioxide tussen de alveoli en het bloed. Dit proces omvat: 1. **Longventilatie:** Het fysieke verplaatsen van lucht in en uit de luchtwegen. 2. **Gaswisseling:** De diffusie van gassen over het respiratoir membraan. 3. **Transport van O₂ en CO₂:** Het vervoer van deze gassen door het bloed. * **Interne respiratie:** Betreft de opname van zuurstof en de afgifte van kooldioxide door de lichaamscellen. Dit is verschillend van celademhaling, wat de energieproductie in de mitochondriën betreft. #### 1.3.1 Longventilatie Longventilatie is de ademhalingscyclus van in- en uitademing, essentieel voor het handhaven van een adequate alveolaire ventilatie en de correcte aanvoer van zuurstof en afvoer van kooldioxide. * **Druk en luchtstroom:** Lucht stroomt van gebieden met hogere druk naar gebieden met lagere druk. De druk in de longen wordt gewijzigd door het volume van de thorax aan te passen, wat direct invloed heeft op het longvolume. Deze volumeveranderingen worden veroorzaakt door de beweging van het diafragma en de ribbenkast. * **Compliantie:** Dit is een maat voor de elasticiteit en het vermogen van de longen om uit te zetten. Een lage compliantie (bv. door een tekort aan surfactant) vereist meer energie voor ademhaling, wat kan leiden tot uitputting. * **Mechanisme van ademhaling:** * **Inspiratie (inademen):** Een actief proces waarbij het diafragma en de externe intercostale spieren contraheren. Het diafragma wordt platter, waardoor de buikinhoud naar beneden wordt gedrukt (buikademhaling). De externe intercostale spieren trekken de ribben omhoog en naar voren, wat leidt tot borstademhaling. * **Expiratie (uitademen):** In rust is dit een passief proces dat plaatsvindt door relaxatie van de inademingsspieren, waardoor de thorax en longen terugkeren naar hun oorspronkelijke volume. Geforceerde uitademing vereist de contractie van interne intercostale spieren en buikspieren. Hulpademhalingsspieren kunnen worden ingezet bij geforceerde ademhaling. * **Longvolume en capaciteit:** * **Ademvolume (Tidal Volume, $V_T$):** De hoeveelheid lucht die tijdens een normale ademhalingscyclus in of uit de longen wordt verplaatst. * **Dode ruimte:** Een deel van de ingeademde lucht dat niet deelneemt aan gasuitwisseling. * **Expiratoir reservevolume (ERV):** De extra hoeveelheid lucht die na een normale uitademing nog kan worden uitgeademd. * **Inspiratoir reservevolume (IRV):** De extra hoeveelheid lucht die na een normale inademing nog kan worden ingeademd. * **Vitale capaciteit (VC):** De maximale hoeveelheid lucht die tijdens één enkele ademhalingscyclus kan worden verplaatst ($VC = ERV + IRV + V_T$). * **Residuvolume:** De hoeveelheid lucht die in de longen achterblijft na maximale uitademing. * **Minimumvolume:** De hoeveelheid lucht die in de longen achterblijft na collaps van de long. * **Geforceerde vitale capaciteit (FVC):** De maximale hoeveelheid lucht die na maximale inademing krachtig en snel kan worden uitgeademd. * **Expiratoire éénsecondewaarde (FEV$_1$, ESW):** De hoeveelheid lucht die een persoon na maximale inademing in één seconde kan uitademen. * **Tiffenau-index:** De verhouding FEV$_1$/(F)VC, die kan wijzen op obstructie van de luchtwegen. * **PEF (Peak Expiratory Flow):** De maximale luchtstroomsnelheid bij krachtig uitademen. #### 1.3.2 Gaswisseling bepaald door partiële druk en diffusie Gaswisseling is afhankelijk van de partiële drukken van de gassen en hun diffusie tussen de lucht in de alveoli en het bloed. * **Gasmengsels en partiële druk:** Ademlucht is een mengsel van gassen. De bijdrage van elk gas aan de totale druk is recht evenredig met zijn concentratie. De atmosferische druk is ongeveer 760 mmHg. Voor zuurstof is dit ongeveer 20,9%, dus de partiële druk ($P_{O_2}$) is ongeveer 160 mmHg. * **Alveolaire lucht versus atmosferische lucht:** Door het opwarmen, bevochtigen en mengen met achtergebleven lucht in de luchtwegen, verschilt de samenstelling van alveolaire lucht van atmosferische lucht. In de alveoli is de $P_{O_2}$ ongeveer 100 mmHg en de $P_{CO_2}$ (partiële druk van kooldioxide) ongeveer 40 mmHg. * **Partiële drukken in kleine en grote bloedsomloop:** Voor efficiënte gasuitwisseling zijn een groot contactoppervlak, een korte diffusieafstand, voldoende bloedtoevoer en constante aanvoer van frisse lucht nodig. * In de alveoli: $P_{O_2} = 100 \text{ mmHg}$, $P_{CO_2} = 40 \text{ mmHg}$. * In het zuurstofarme bloed dat de longcapillairen binnenkomt: $P_{O_2} = 40 \text{ mmHg}$, $P_{CO_2} = 46 \text{ mmHg}$. #### 1.3.3 Vervoer van zuurstof en kooldioxide in bloed * **Zuurstoftransport:** Zuurstof wordt voornamelijk gebonden aan hemoglobine (Hb) in de rode bloedcellen ($Hb + O_2 \leftrightarrow HbO_2$). Slechts een klein deel is opgelost in het bloedplasma. * **Zuurstofsaturatie:** De verhouding oxyhemoglobine ten opzichte van het totale hemoglobine. * De zuurstofafgifte door Hb is afhankelijk van de $P_{O_2}$. Bij een $P_{O_2}$ van ongeveer 40-100 mmHg verandert de saturatie weinig (zuurstofbindingscurve). Bij een $P_{O_2}$ lager dan 40 mmHg daalt de saturatie snel. * **Bohr-effect:** Factoren zoals pH, temperatuur en $P_{CO_2}$ beïnvloeden de zuurstofaffiniteit van hemoglobine. Verhoogde temperatuur, lagere pH en hogere $P_{CO_2}$ verschuiven de curve naar rechts, wat de zuurstofafgifte aan weefsels bevordert (bv. bij inspanning). * **Kooldioxidetransport:** Kooldioxide wordt op drie manieren getransporteerd: 1. **Opgelost in plasma:** Ongeveer 7% van de CO$_2$ is direct opgelost in het bloedplasma. 2. **Gebonden aan hemoglobine:** Ongeveer 23% bindt zich aan hemoglobine (niet op dezelfde plaats als zuurstof). 3. **Als bicarbonaationen (HCO$_3^-$):** Dit is de meest voorkomende vorm (ongeveer 70%). CO$_2$ reageert met water in de rode bloedcellen onder invloed van het enzym carboanhydrase tot koolzuur, dat vervolgens dissocieert in H$^+$ en HCO$_3^-$. $$CO_2 + H_2O \leftrightarrow H_2CO_3 \leftrightarrow H^+ + HCO_3^-$$ De H$^+$ ionen worden gebonden door hemoglobine (deoxyHb), en de HCO$_3^-$ ionen diffunderen het plasma in, uitwisselend met chloride-ionen (chloride-shift). Dit proces keert zich om in de longen. * **Zuur-base evenwicht:** Respiratoire acidose (lage pH, $pH < 7.35$) kan ontstaan bij hypercapnie (te hoge $P_{CO_2}$), vaak door hypoventilatie. Respiratoire alkalose (hoge pH, $pH > 7.45$) kan ontstaan bij hypocapnie (te lage $P_{CO_2}$), meestal door hyperventilatie. Alkalose kan leiden tot tintelingen (paresthesieën), spasmen, duizeligheid en bewusteloosheid. ### 1.4 Respiratoire regulatiemechanismen De ademhaling wordt gereguleerd om homeostase te handhaven door middel van lokale regulatie, ademcentra in de hersenen, reflexen en hogere centra. * **Plaatselijke regeling van de ademhaling:** * Past de snelheid van zuurstofafgifte aan in de weefsels. * Een groter verschil in partiële drukken en vasodilatatie door toename van $P_{CO_2}$ leiden tot meer bloedtoevoer naar actieve weefsels. * De lucht- en bloedtoevoer naar alveoli worden aangepast: * Lage $P_{O_2}$ in alveoli leidt tot vasoconstrictie van de omliggende bloedvaten. * Hoge $P_{CO_2}$ in alveoli leidt tot bronchodilatatie van de luchtwegen die ernaartoe leiden. * **Regeling door de ademcentra in de hersenen:** * **Bewuste/willekeurige ademhaling:** Gereguleerd door de hersenschors. * **Onbewuste/autonome ademhaling:** Gereguleerd door de hersenstam. * **Centra voor ademritme (medulla oblongata):** Stellen het basale ademritme in. * Inademingscentrum (dorsale respiratoire groep): stuurt de ademhalingsspieren aan voor een basisritme. * Uitademingscentrum (ventrale respiratoire groep): is voornamelijk actief tijdens geforceerde ademhaling. * **Centra in de pons:** Reguleren de frequentie en diepte van de ademhaling, beïnvloed door lichaamstemperatuur en chemische factoren. * **Reflectorische regulering van de ademhaling:** * **Mechanoreceptorreflexen:** Reageren op veranderingen in longvolume of arteriële bloeddruk. * **Hering-Breuerreflex:** Speelt een rol bij geforceerde ademhaling om overmatige uitrekking van de longen te voorkomen (inademingsreflex) of om de uitademing te initiëren (uitademingsreflex). * **Baroreceptorreflex:** Veranderingen in bloeddruk beïnvloeden ook de ademhalingscentra. Een daling van de bloeddruk kan leiden tot een verhoogde ademhalingsfrequentie. * **Chemoreceptorreflexen:** Reageren op chemische veranderingen in bloed en cerebrospinaal vocht. In normale omstandigheden is de concentratie van CO$_2$ de belangrijkste factor. * **Regeling door hogere centra:** De ademhalingscentra in de pons kunnen worden beïnvloed door hogere hersengebieden, zoals de hersenschors, wat directe aansturing van de ademhalingsspieren mogelijk maakt (bv. bij praten of zingen). #### 1.4.1 Veranderingen bij geboorte Vóór de geboorte zijn de longen en longvaten samengedrukt en gevuld met vocht. Na de geboorte zorgt de eerste ademhaling voor uitzetting van de longen, vulling met lucht en een afname van de druk in de longbloedvaten. #### 1.4.2 Veranderingen bij ouder worden Oudere personen kunnen te maken krijgen met enige mate van emfyseem, een kleiner gasuitwisselingsoppervlak, en beperkingen in de borstkasbeweging door artrose of spierverzwakking. Dit resulteert in een afname van de longventilatie en vitale capaciteit, wat het vermogen tot lichamelijke inspanning kan beperken. --- # Mechanismen van ademhaling en gaswisseling Dit hoofdstuk verklaart de complexe processen van longventilatie, de fysica achter gaswisseling, en de mechanismen voor het transport van zuurstof en koolstofdioxide in het bloed. ### 2.1 Functies en onderdelen van het ademhalingsstelsel Het ademhalingsstelsel, onderverdeeld in delen voor luchtverplaatsing en delen voor gasuitwisseling, vervult diverse cruciale functies: * **Gasuitwisseling:** Biedt een groot oppervlak voor de uitwisseling van zuurstof (O$_2$) en koolstofdioxide (CO$_2$) tussen lucht en bloed. * **Luchtverplaatsing:** Verplaatst lucht van en naar het gasuitwisselingsoppervlak. * **Bescherming:** Beschermt het alveolaire oppervlak tegen uitdroging, temperatuurschommelingen en ziekteverwekkers. * **Overige functies:** Speelt een rol bij geluidsvorming en reukzin. De anatomische onderdelen omvatten de **luchtwegen**, die lucht transporteren, en het **gaswisselingsgedeelte**. #### 2.1.1 Delen voor luchtverplaatsing Deze onderdelen zorgen voor de passage van lucht van de buitenwereld naar de alveoli, waarbij de lucht wordt gefilterd, verwarmd en bevochtigd door het respiratoir slijmvlies (bekleed met trilhaarepitheel en slijmcellen). * **Neus:** Bestaat uit de neusholte met neusopeningen (nares), neustussenschot (septum nasale), conchae voor luchtwerveling, en is bekleed met respiratoir epitheel. Sluit aan op de nasofarynx via de choanae. * **Farynx (keelholte):** Wordt onderverdeeld in nasofarynx, orofarynx en laryngofarynx. De orofarynx en laryngofarynx zijn bekleed met meerlagig plaveiselepitheel vanwege mechanische belasting. * **Larynx (strottenhoofd):** Bevat kraakbeenstructuren zoals de epiglottis (speelt rol bij slikken), cartilago thyroïdea en cartilago cricoïdea. De ware en valse stembanden bevinden zich hier; geluid wordt gevormd door trillingen van de stembanden door luchtpassage. * **Trachea (luchtpijp):** Een holle buis van ongeveer 15 cm lang, verstevigd met hoefijzervormige kraakbeenringen en aan de binnenzijde bekleed met trilhaarepitheel. * **Bronchiën en bronchioli:** De trachea vertakt zich in de linker- en rechterhoofdbronchus, die verder onderverdelen in lobaire en segmentale bronchiën. Deze takken verder af tot bronchioli, terminale bronchioli, respiratoire bronchioli, ductuli alveolares en tenslotte de alveoli. De gladde spierlaag rond de bronchioli kan leiden tot bronchoconstrictie. #### 2.1.2 Kleinste bronchiolen en alveoli: gaswisselingsgedeelte Dit gedeelte is essentieel voor de uitwisseling van gassen. * **Bronchioli:** De terminale bronchioli vertakken zich in de longlobjes in respiratoire bronchioli die leiden naar ductuli alveolares. * **Ductuli alveolares en alveoli:** Deze structuren monden uit in longtrechtertjes bestaande uit groepen alveoli (longblaasjes). Er zijn ongeveer 150 miljoen alveoli per long, wat resulteert in een enorm gaswisselingsoppervlak van circa 140 vierkante meter. * **Alveoluswand:** Bestaat uit enkelvoudig plaveiselepitheel (pneumocyten type 1). * **Pneumocyten type 2:** Produceren surfactant, wat de oppervlaktespanning verlaagt en helpt de alveoli open te houden. * **Alveolaire macrofagen:** Cellen die een rol spelen in de immuunafweer. * **Respiratoir membraan:** De dunne scheidingswand tussen alveoli en capillairen, bestaande uit de endotheelcellen van de capillairen (met basale membraan) en het enkelvoudig plaveiselepitheel van de alveoli (met versmolten basale membraan). Dit dunne membraan (korte diffusieafstand) faciliteert snelle diffusie van O$_2$ en CO$_2$. De capillairen in de longen produceren ook Angiotensine-converting enzyme (ACE). De bloeddruk in de kleine (pulmonaire) bloedsomloop is laag. * **Longen (macroscopische bouw):** Elastische, sponsachtige organen in de thoraxholte, gescheiden door het mediastinum. De linkerlong heeft twee lobben, de rechterlong drie. Bloedtoevoer geschiedt via de aa. pulmonales (kleine bloedsomloop) en aa. bronchiales (grote bloedsomloop). Lymfeklieren bevinden zich bij de longhilus en trachea. * **Pleuraholten:** Ruimtes tussen de pleura parietalis en pleura visceralis, gevuld met een kleine hoeveelheid sereus vocht. Een pneumothorax ontstaat wanneer lucht in de pleuraholte terechtkomt. #### 2.1.3 Respiratie: externe en interne Respiratie omvat twee geïntegreerde processen: 1. **Longventilatie:** Het fysieke verplaatsen van lucht in en uit de luchtwegen. 2. **Gaswisseling:** De uitwisseling van O$_2$ en CO$_2$ tussen de alveoli en het bloed (externe respiratie), en tussen het bloed en de lichaamscellen (interne respiratie). Extern transport van O$_2$ en CO$_2$ vindt plaats tussen de longcapillairen en de capillaire bedden in andere weefsels. Interne respiratie is de opname van O$_2$ en afgifte van CO$_2$ door de cellen zelf (niet te verwarren met celademhaling). Problemen in een van deze processen kunnen leiden tot hypoxie of anoxie. ### 2.2 Longventilatie Longventilatie is de mechanische verplaatsing van lucht, bestaande uit een ademhalingscyclus van inademing (inspiratie) en uitademing (expiratie). De functie is het handhaven van een adequate alveolaire ventilatie voor O$_2$-aanvoer en CO$_2$-afvoer. #### 2.2.1 Druk en luchtstroom Lucht stroomt altijd van een hogere naar een lagere druk. In de longen, die zich in een afgesloten ruimte met flexibele wanden (de borstkas) bevinden, wordt de gasdruk veranderd door het volume van de ruimte te variëren. * **Volume van de longen:** Volgt de veranderingen in het volume van de borstkas. De pleurae zorgen ervoor dat de longen meebewegen met de borstkaswand. * **Volumeveranderingen borstkas:** Worden veroorzaakt door bewegingen van het diafragma en de borstspieren (intercostales). #### 2.2.2 Compliantie Compliantie meet de elasticiteit van de longen en hun vermogen tot uitzetten. Een verminderde compliantie (bv. door tekort aan surfactant) vereist meer energie voor ademhaling en kan leiden tot snelle uitputting. Normaal gesproken vergt ademhaling slechts 3-5% van de totale energiebehoefte in rust. #### 2.2.3 Mechanisme van ademhaling * **Inspiratie (actief proces):** * Contractie van het diafragma (plat af, drukt buikinhoud naar beneden). * Contractie van de m. intercostales externi (trekken ribben omhoog en sternum naar voren). * Normale inspiratie is voor ongeveer 75% diafragma-gedreven. * **Expiratie (passief proces):** * Relaxatie van de inademingsspieren, waardoor de borstkas en longen terugveren naar hun oorspronkelijke volume. * **Geforceerde ademhaling:** Vereist contractie van de m. intercostales interni en buikspieren. Hulpademhalingsspieren kunnen worden ingezet bij geforceerde ademhaling. #### 2.2.4 Longvolume en capaciteit Verschillende volumes en capaciteiten karakteriseren de luchtbeweging in de longen: * **Teugvolume (Tidal Volume, VT):** De hoeveelheid lucht die tijdens één normale ademhalingscyclus in of uit de longen wordt verplaatst. Een deel hiervan is "dode ruimte" (lucht die niet deelneemt aan gasuitwisseling). * **Expiratoir Reservevolume (ERV):** De hoeveelheid extra lucht die na een normale uitademing nog uitgeademd kan worden. * **Inspiratoir Reservevolume (IRV):** De hoeveelheid extra lucht die na een normale inademing nog ingeademd kan worden. * **Vitale Capaciteit (VC):** De maximale hoeveelheid lucht die tijdens één enkele ademhalingscyclus in of uit de longen kan worden gebracht (ERV + IRV + VT). Normaal gesproken 3700-5700 ml, afhankelijk van leeftijd, geslacht, lengte en etniciteit. * **Residuvolume:** De lucht die in de longen achterblijft na maximale uitademing. * **Minimumvolume:** De lucht die achterblijft in de long na het collapsen van de long (los van de borstwand). **Geforceerde Vitale Capaciteit (FVC):** De maximale hoeveelheid lucht die na maximale inademing krachtig en snel kan worden uitgeademd. **Expiratoire éénsecondewaarde (FEV$_1$ of ESW):** De hoeveelheid lucht die een persoon na maximale inademing in één seconde kan uitademen. **Tiffenau-index:** De verhouding FEV$_1$/VC, die kan duiden op obstructieve longziekten (verlaagde FEV$_1$). **PEF (Peak Expiratory Flow):** De maximale luchtstroomsnelheid tijdens geforceerd uitademen. ### 2.3 Gaswisseling bepaald door partiële druk en diffusie Gaswisseling vindt plaats via het respiratoir membraan en wordt bepaald door de partiële druk van de gassen en de diffusiesnelheid van moleculen. #### 2.3.1 Gasmengsels en partiële druk Atmosferische lucht is een gasmengsel. De **atmosferische druk** is ongeveer 760 mmHg. De bijdrage van elk gas aan deze druk is recht evenredig met de concentratie ervan. Voor zuurstof (ongeveer 20,9% van de lucht) is de partiële druk ($P_{O_2}$) ongeveer 160 mmHg. #### 2.3.2 Alveolaire lucht versus atmosferische lucht Tijdens de passage door de luchtwegen verandert de samenstelling van de lucht door opwarming, bevochtiging en menging met achtergebleven lucht in de alveoli. Hierdoor verschillen de partiële drukken in de alveoli van die in de ingeademde atmosferische lucht. * In de alveoli: $P_{O_2}$ = 100 mmHg, $P_{CO_2}$ = 40 mmHg. * In de ingeademde atmosferische lucht: $P_{O_2}$ ≈ 160 mmHg, $P_{CO_2}$ ≈ 0,3 mmHg. #### 2.3.3 Partiële drukken in kleine en grote bloedsomloop Voor efficiënte gaswisseling zijn een groot contactoppervlak, een korte diffusieafstand (dun respiratoir membraan), voldoende bloedtoevoer (perfusie) en adequate luchttoevoer (ventilatie) vereist. De verhouding ventilatie/perfusie (V/Q) is normaal gesproken ongeveer 0,93. Het verschil in partiële druk is de drijvende kracht voor diffusie: * **Alveoli:** $P_{O_2}$ = 100 mmHg, $P_{CO_2}$ = 40 mmHg. * **O$_2$-arm bloed (veneus):** $P_{O_2}$ = 40 mmHg, $P_{CO_2}$ = 46 mmHg. * **O$_2$-rijk bloed (arterieel):** $P_{O_2}$ = 100 mmHg, $P_{CO_2}$ = 40 mmHg. ### 2.4 Transport van zuurstof en koolstofdioxide in bloed Zuurstof en koolstofdioxide zijn slecht oplosbaar in bloedplasma, waardoor speciale transportmechanismen nodig zijn. #### 2.4.1 Zuurstoftransport Zuurstof wordt voornamelijk gebonden aan hemoglobine (Hb) in de erytrocyten, wat resulteert in oxyhemoglobine (HbO$_2$). * **Zuurstofsaturatie:** De verhouding oxyhemoglobine tot totaal hemoglobine. In arterieel bloed is deze ongeveer 97%. * **Zuurstofbindingscurve:** Beschrijft de relatie tussen de partiële zuurstofdruk ($P_{O_2}$) en de zuurstofsaturatie. * Een $P_{O_2}$ tussen 40 en 100 mmHg heeft weinig invloed op de saturatie. * Bij een $P_{O_2}$ lager dan 40 mmHg daalt de saturatie snel. * **Factoren die zuurstofafgifte beïnvloeden:** pH, temperatuur en $P_{CO_2}$. Een verhoogde zuurstofafgifte aan weefsels (bv. tijdens arbeid, Bohr-effect) wordt veroorzaakt door een verschuiving van de curve naar rechts (lagere pH, hogere temperatuur, hogere $P_{CO_2}$). * **Koolmonoxidevergiftiging (CO):** CO bindt zeer sterk aan hemoglobine, waardoor de zuurstofopname en -afgifte ernstig wordt belemmerd. #### 2.4.2 Koolstofdioxide-transport Koolstofdioxide wordt op drie manieren getransporteerd: 1. **Opgelost in plasma (ongeveer 7%):** Vanwege de hogere oplosbaarheid van CO$_2$ vergeleken met O$_2$. 2. **Gebonden aan hemoglobine (ongeveer 23%):** Als carbaminohaemoglobine. 3. **Als bicarbonaationen in plasma (ongeveer 70%):** CO$_2$ reageert in erytrocyten met water tot koolzuur, dat dissocieert tot waterstofionen (H$^+$) en bicarbonaationen (HCO$_3^-$). Dit proces wordt versneld door het enzym carboanhydrase. $$ \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- $$ De gevormde H$^+$ wordt gebufferd door hemoglobine (HbH$^+$). Bicarbonaationen diffunderen naar het plasma, waarbij een uitwisseling plaatsvindt met chloride-ionen (chloride-shift). * **Respiratoire acidose (pH < 7,35):** Veroorzaakt door hypercapnie (te hoge $P_{CO_2}$), meestal als gevolg van hypoventilatie (bv. bij longziekten, hersenschade). * **Respiratoire alkalose (pH > 7,45):** Veroorzaakt door hypocapnie (te lage $P_{CO_2}$), meestal als gevolg van hyperventilatie. Symptomen kunnen paresthesieën (tintelingen), spasmen, duizeligheid en bewusteloosheid omvatten. ### 2.5 Respiratoire regulatiemechanismen De ademhaling wordt gecoördineerd gereguleerd om de homeostase te handhaven. Dit gebeurt door: * **Lokale regulatie:** Aanpassen van de doorbloeding en zuurstofafgifte ter plaatste. * **Verandering van ademhalingssnelheid en -diepte:** Gereguleerd door ademcentra in de hersenen. #### 2.5.1 Lokale regulering van de ademhaling * **Zuurstofafgifte:** Een groter verschil in partiële drukken en vasodilatatie (door toename van $P_{CO_2}$) verhoogt de zuurstofafgifte aan actieve weefsels. * **Ventilatie/perfusie-aanpassing:** * Lage $P_{O_2}$ in alveoli leidt tot vasoconstrictie van omliggende bloedvaten. * Hoge $P_{CO_2}$ in alveoli leidt tot bronchodilatatie. #### 2.5.2 Regeling door de ademcentra in de hersenen * **Bewuste ademhaling:** Gereguleerd door de cortex cerebri. * **Onbewuste, autonome regeling:** Gereguleerd door de hersenstam. * **Centra voor ademritme (medulla oblongata):** Stellen het basale ademritme in. * **Inademingscentrum (dorsale respiratoire groep):** Stuurt ademhalingsspieren aan voor het basale ritme. * **Uitademingscentrum (ventrale respiratoire groep):** Actief bij geforceerde ademhaling. * **Ademhalingscentra in de pons:** Reguleren de frequentie en diepte van de ademhaling, beïnvloed door temperatuur en chemische stoffen. #### 2.5.3 Reflectorische regulering van de ademhaling * **Mechanoreceptorreflexen:** Reageren op veranderingen in longvolume of arteriële bloeddruk. * **Hering-Breuerreflex:** Speelt een rol bij geforceerde ademhaling om overmatige uitrekking van de longen te voorkomen (inademingsreflex) en omgekeerd (uitademingsreflex). * **Baroreceptorreflex:** Veranderingen in bloeddruk beïnvloeden de ademhalingscentra; een lagere bloeddruk kan leiden tot een verhoogde ademhalingsfrequentie. * **Chemoreceptorreflexen:** Reageren op chemische veranderingen in bloed en cerebrospinaal vocht. In normale omstandigheden is de concentratie CO$_2$ de belangrijkste regulator. #### 2.5.4 Regeling door hogere centra Hogere centra in de hersenen (pons en cortex) kunnen de ademhaling direct beïnvloeden, bijvoorbeeld tijdens praten of zingen. #### 2.5.5 Veranderingen bij geboorte Voor de geboorte zijn de longen en longbloedvaten samengedrukt en gevuld met vocht. De eerste ademhaling na de geboorte zorgt voor het uitzetten van de longen, vulling met lucht en een drukvermindering in de bloedvaten. #### 2.5.6 Veranderingen bij ouder worden Oudere mensen kunnen een lichte vorm van emfyseem ontwikkelen, resulterend in een kleiner gasuitwisselingsoppervlak. Beperkte borstkasbewegingen door artrose en spierzwakte, gecombineerd met een afname van de longventilatie en vitale capaciteit, verminderen het inspanningsvermogen. > **Tip:** Begrijp de relatie tussen druk, volume en luchtstroom. Ademhaling is een fysisch proces waarbij drukgradiënten de beweging van lucht drijven. > > **Tip:** De partiële druk van gassen is de drijvende kracht achter diffusie over het respiratoire membraan. Een verschil in partiële druk is essentieel voor gaswisseling. > > **Tip:** Het transport van zuurstof en koolstofdioxide vereist specifieke mechanismen, waarbij hemoglobine en bicarbonaationen cruciale rollen spelen. > > **Voorbeeld:** Bij intensieve inspanning verhoogt de $P_{CO_2}$ in de spieren, wat leidt tot lokale vasodilatatie en een toename van de doorbloeding, evenals een verschuiving van de zuurstofbindingscurve naar rechts (Bohr-effect), wat de zuurstofafgifte aan de spieren faciliteert. --- # Regulatie van de ademhaling De regulatie van de ademhaling is een complex proces dat zorgt voor een constante aanvoer van zuurstof en afvoer van koolstofdioxide, essentieel voor de cellulaire energieproductie en homeostase. ### 3.1 Fysiologische controle van de ademhaling De ademhalingsactiviteit wordt gereguleerd door autonome centra in de hersenstam, reflexmechanismen en hogere centra in de hersenen. Dit zorgt voor een nauwkeurige aanpassing aan de metabole eisen van het lichaam en externe omstandigheden. #### 3.1.1 Plaatselijke regulering van de ademhaling Lokale aanpassingen zorgen voor een efficiënte gasuitwisseling op het niveau van de alveoli. * **Aanpassing van de doorbloeding:** Vasodilatatie in de longcapillairen treedt op bij een hogere partiële druk van kooldioxide ($P_{CO_2}$). Dit zorgt ervoor dat meer bloed naar de alveoli stroomt waar gasuitwisseling nodig is, waardoor het rendement van de gastransport verhoogd wordt. * **Aanpassing van de luchttoevoer:** Bij een lage partiële druk van zuurstof ($P_{O_2}$) rondom een alveolus vindt vasoconstrictie plaats, wat de doorbloeding naar dat deel van de long vermindert. Omgekeerd leidt een hoge $P_{CO_2}$ tot bronchodilatatie, waardoor de luchttoevoer naar die specifieke alveoli wordt vergroot. > **Tip:** Deze lokale regulatie maximaliseert de match tussen ventilatie (luchttoevoer) en perfusie (bloedtoevoer) in de longen, wat cruciaal is voor een optimale gasuitwisseling. #### 3.1.2 Regeling door de ademcentra in de hersenen De autonome controle van de ademhaling vindt plaats in de hersenstam, voornamelijk in de medulla oblongata. * **Centra voor ademritme (medulla oblongata):** * **Dorsale respiratoire groep (DRG):** Deze groep neuronen is verantwoordelijk voor het instellen van het basale ademritme door het aansturen van de inademingsspieren (diafragma en intercostale spieren). * **Ventrale respiratoire groep (VRG):** Deze groep is voornamelijk actief tijdens geforceerde ademhaling en coördineert zowel in- als uitademingsspieren voor een verhoogde ventilatie. * **Centra in de pons:** Deze centra moduleren de activiteit van de ademcentra in de medulla, waardoor de frequentie en diepte van de ademhaling fijner afgestemd kunnen worden. Ze worden beïnvloed door diverse reflexen. > **Tip:** De cortex kan bewust en willekeurig invloed uitoefenen op de ademhaling (bv. bij spreken of zingen), maar de autonome regulatie door de hersenstam zorgt voor continue, onbewuste ademhaling. #### 3.1.3 Reflectorische regulering van de ademhaling Verschillende reflexen, geactiveerd door mechanische en chemische prikkels, beïnvloeden de ademcentra. * **Mechanoreceptoren reflexen:** * **Hering-Breuerreflex:** Deze reflex speelt een rol bij het voorkomen van overmatige rek van de longen tijdens diepe inademing. Receptoren in de longen signaleren rek, wat leidt tot remming van de inspiratie en activatie van de expiratie. Deze reflex is voornamelijk actief tijdens geforceerde ademhaling. * **Baroreceptorreflex:** Veranderingen in arteriële bloeddruk kunnen de ademhaling beïnvloeden. Een daling van de bloeddruk kan leiden tot een toename van de ademhalingsfrequentie, en vice versa. * **Chemoreceptorreflexen:** Deze reflexen reageren op chemische veranderingen in het bloed en hersenvocht. * **Centrale chemoreceptoren (medulla oblongata):** Ze zijn zeer gevoelig voor veranderingen in de concentratie van koolstofdioxide ($P_{CO_2}$) en waterstofionen ($H^+$) in het cerebrospinaal vocht. Een verhoogde $P_{CO_2}$ is de belangrijkste drijfveer voor de ademregulatie onder normale omstandigheden. * **Perifere chemoreceptoren (glomus caroticum en glomus aorticum):** Deze receptoren reageren op veranderingen in de partiële drukken van zuurstof ($P_{O_2}$), koolstofdioxide ($P_{CO_2}$) en $H^+$ in het arteriële bloed. Ze worden vooral geactiveerd bij significante dalingen van $P_{O_2}$. > **Tip:** De concentratie van kooldioxide in het bloed is een krachtige stimulus voor de ademregulatie. Zelfs kleine veranderingen in $P_{CO_2}$ kunnen de ademhalingsfrequentie en diepte aanzienlijk beïnvloeden. #### 3.1.4 Regeling door hogere centra De hogere centra in de hersenen, zoals de cortex, kunnen bewuste controle uitoefenen op de ademhaling, bijvoorbeeld tijdens het spreken, zingen of het inhouden van de adem. Dit gebeurt via directe aansturing van de ademhalingsspieren of via beïnvloeding van de ademhalingscentra in de hersenstam. ### 3.2 Veranderingen bij geboorte Bij de geboorte ondergaan de longen een dramatische verandering. Vóór de bevalling zijn de longen van de foetus samengedrukt en bevatten ze vocht. De eerste ademhaling na de geboorte, vaak uitgelokt door koude en prikkels, zorgt voor het uitzetten van de longen, het vullen ervan met lucht en een significante drukverlaging in de pulmonale bloedvaten. Dit initieert de functionele overgang van de foetale naar de neonatale circulatie en ademhaling. ### 3.3 Veranderingen bij ouder worden Met het ouder worden treden er natuurlijke veranderingen op in het ademhalingssysteem: * **Verlies van elasticiteit:** De longen worden minder elastisch, wat kan leiden tot een verminderd gasuitwisselingsoppervlak (een vorm van emfyseem). * **Beperkte borstkasbeweging:** Artrose, verzwakking van de ademhalingsspieren en stijfheid van de gewrichten beperken de bewegingen van de thorax. * **Afname van longvolume en capaciteit:** Dit resulteert in een verminderd vermogen tot lichamelijke inspanning. De vitale capaciteit neemt af, wat betekent dat de maximale hoeveelheid lucht die tijdens een ademhalingscyclus kan worden verplaatst, kleiner wordt. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Ademhalingsstelsel | Het orgaansysteem dat verantwoordelijk is voor de opname van zuurstof uit de omgeving en de afgifte van koolstofdioxide uit het lichaam. Het bestaat uit de luchtwegen, de longen en de spieren die betrokken zijn bij de ademhaling. | | Luchtverplaatsing | Het proces waarbij lucht wordt bewogen van en naar de gasuitwisselingsgebieden in de longen. Dit omvat de inspiratie (inademen) en de expiratie (uitademen). | | Gasuitwisseling | Het proces waarbij zuurstof (O2) vanuit de longblaasjes (alveoli) naar het bloed diffundeert en koolstofdioxide (CO2) vanuit het bloed naar de alveoli diffundeert. | | Neus | Het begin van de luchtwegen, dat dient voor het filteren, verwarmen en bevochtigen van ingeademde lucht. Het bevat ook de reukreceptoren. | | Farynx | De keelholte, een deel van zowel het ademhalingsstelsel als het spijsverteringsstelsel. Het verbindt de neusholte en mondholte met de larynx en slokdarm. | | Larynx | Het strottenhoofd, dat lucht transporteert naar de trachea en een rol speelt bij de stemvorming (door de stembanden) en het voorkomen van verslikken (door de epiglottis). | | Trachea | De luchtpijp, een buis die lucht van de larynx naar de bronchiën transporteert. De kraakbeenringen houden de luchtweg open. | | Bronchiën | Vertakkingen van de trachea die lucht naar de longen leiden. Ze worden verder onderverdeeld in bronchioli. | | Bronchioli | Kleinere vertakkingen van de bronchiën die lucht naar de alveoli transporteren. De kleinste worden respiratorische bronchioli genoemd. | | Alveoli | De microscopische luchtblaasjes in de longen waar de daadwerkelijke gasuitwisseling plaatsvindt tussen de lucht en het bloed. | | Respiratoir membraan | De dunne wand die de alveoli scheidt van de capillairen, bestaande uit het alveolair epitheel, het capillair endotheel en hun versmolten basale membranen. Dit membraan faciliteert snelle diffusie van gassen. | | Longventilatie | Het fysieke proces van het verplaatsen van lucht in en uit de longen, wat essentieel is voor het handhaven van voldoende zuurstofaanvoer en koolstofdioxideafvoer. | | Compliantie | Een maat voor de elasticiteit van de longen en de borstwand, die aangeeft hoe gemakkelijk de longen kunnen uitzetten tijdens de inademing. Lage compliantie vereist meer inspanning om te ademen. | | Mechanisme van ademhaling | De actieve (inademen) en passieve (uitademen) processen die worden gemedieerd door de contractie en relaxatie van ademhalingsspieren, zoals het diafragma en de intercostaalspieren, om de borstkasvolume te veranderen. | | Longvolume en capaciteit | Verschillende maten die de hoeveelheid lucht in de longen aangeven onder verschillende omstandigheden, zoals teugvolume, inspiratoir reservevolume, expiratoir reservevolume, vitale capaciteit en residusvolume. | | Partiële druk | De druk die een individueel gas uitoefent in een mengsel van gassen. Gaswisseling in de longen en weefsels is gebaseerd op het drukverschil van gassen, met name O2 en CO2. | | Diffusie | Het nettoverkeer van moleculen van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie. Dit principe is cruciaal voor gasuitwisseling in de longen en weefsels. | | Hemoglobine (Hb) | Een eiwit in rode bloedcellen dat zuurstof transporteert van de longen naar de weefsels en koolstofdioxide van de weefsels naar de longen. | | Zuurstoftransport | Het proces waarbij zuurstof wordt opgenomen in het bloed in de longen, gebonden aan hemoglobine, en vervolgens wordt getransporteerd naar de weefsels waar het wordt afgegeven. | | Koolstofdioxide-transport | Het proces waarbij koolstofdioxide wordt getransporteerd van de weefsels naar de longen. Dit gebeurt deels opgelost in plasma, deels gebonden aan hemoglobine en grotendeels als bicarbonaationen. | | Ademhalingscentra | Groepen neuronen in de hersenstam (medulla oblongata en pons) die de snelheid en diepte van de ademhaling reguleren, zowel onwillekeurig als willekeurig. | | Chemoreceptoren | Sensoren die reageren op chemische veranderingen in het bloed, zoals de concentratie van CO2, O2 en H+. Ze spelen een belangrijke rol bij de regulatie van de ademhaling. | | Baroreceptoren | Sensoren die reageren op veranderingen in de bloeddruk en invloed kunnen hebben op de ademhalingscentra. | | Bohr-effect | Het fenomeen waarbij de zuurstofaffiniteit van hemoglobine afneemt bij een lagere pH of een hogere concentratie CO2. Dit vergemakkelijkt de zuurstofafgifte aan weefsels met een verhoogd metabolisme. | | Carboanhydrase | Een enzym dat de omzetting van koolstofdioxide en water naar bicarbonaationen en protonen versnelt. Dit is essentieel voor het efficiënte transport van CO2 in het bloed. | | Hypoxie | Een toestand van zuurstoftekort in de weefsels van het lichaam, die kan optreden als gevolg van problemen met de ademhaling, circulatie of zuurstofopname. | | Hypercapnie | Een verhoogde concentratie koolstofdioxide (CO2) in het bloed, meestal als gevolg van hypoventilatie. | | Hypocapnie | Een verlaagde concentratie koolstofdioxide (CO2) in het bloed, meestal als gevolg van hyperventilatie. |